Двигатель внутреннего сгорания фото: D0 b4 d0 b2 d0 b8 d0 b3 d0 b0 d1 82 d0 b5 d0 bb d1 8c d0 b2 d0 bd d1 83 d1 82 d1 80 d0 b5 d0 bd d0 bd d0 b5 d0 b3 d0 be d1 81 d0 b3 d0 be d1 80 d0 b0 d0 bd d0 b8 d1 8f: стоковые фото, изображения

Содержание

устройство, принцип работы и классификация


Что такое ДВС?

ДВС (двигатель внутреннего сгорания) – один из самых популярных видов моторов. Это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри него самого – во внутренней камере. Дополнительные внешние носители не требуются.

ДВС работает  благодаря физическому эффекту теплового расширения газов. Горючая смесь в момент воспламенения смеси увеличивается в объёме, и освобождается энергия.

Вне зависимости от того, о каком из ДВС идёт речь – о ДВС с искровым зажиганием – двигателе Отто (это, прежде всего, инжекторный и карбюраторный бензиновые двигатели) или о ДВС с воспламенением от сжатия (дизельный мотор, дизель) сила давления газов воздействует на поршень ДВС. Без поршня сложно представить большинство современных ДВС. В том числе, он есть даже у комбинированного ДВС. Только в последнем, кроме поршня, мотору работать помогает ещё и лопаточное оборудование (компрессоры, турбины).


Бензиновые, дизельные поршневые ДВС – это двигатели, с которыми мы активно встречаемся на любом транспорте, в том числе легковом, а ДВС, работающие не только за счёт поршня, но и за счёт компрессора, турбины – это решения, без которых сложно представить современные суда, тепловозы, автотракторную технику, самосвалы высокой грузоподъёмности, т.е. транспорт, где нужны двигатели средней (> 5 кВт) или высокой мощности (> 100 кВт).

Без двигателя внутреннего сгорания невозможно представить движение практически любого транспорта (кроме электрического) – автомобилей, мотоциклов, самолётов.

  • Несмотря на то, что технологии, в том числе, в транспортной сфере, развиваются семимильными шагами, ДВС на авто человечество будет устанавливать еще долго. Даже концерн Volkswagen, который, как известно, готовит масштабную программу электрификации модельного ряда своих двигателей, пока не спешит отказываться от ДВС. Открытой является информация, что автомобили с ДВС будут выпускаться не только в ближайшие 5, но и 30 лет.
    Да, время разработок новых ДВС у концерна уже подходит к финальной стадии, но производство никто сворачивать не будет. Нынешние актуальные разработки будут использоваться и впредь. Некоторые же концерны по производству авто и вовсе не спешат переходить на электромоторы. Это можно обосновать и экономически, и технически. Именно ДВС из всех моторов одни из наиболее надежных и при этом дешёвых, а постоянное совершенствование моделей ДВС позволяет говорить об уверенном прогрессе инженеров, улучшении эксплуатационных характеристик двигателей внутреннего сгорания и минимизации их негативного влияния на атмосферу.
  • Современные дизельные двигатели внутреннего сгорания позволяют снизить расход топлива на 25-30 %. Лучше всего такое уменьшение расхода топлива смогли достигнуть производители дизельных ДВС. Но и производители бензиновых двигателей внутреннего сгорания активно удивляют. Ещё в 2012-м году назад американский концерн Transonic Combustion (разработчик так называемых сверхкритических систем впрыска топлива) впечатлил решением TSCiTM.
    Благодаря новому подходу к конструкции топливного насоса и инжекторам, бензиновый двигатель стал существенно экономичней.
  • Большие ставки на ДВС делает и концерн Mazda. Он акцентирует внимание на изменении конструкции выпускной системы. Благодаря ей улучшена продувка газов, повышена степень их сжатия, а, вместе с тем, снижены и обороты  (причём сразу на 15%). А это и экономия расхода топлива, и уменьшение вредных выбросов – несмотря на то, что речь идёт о бензиновом двигателе, а не о дизеле.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

При разнообразии конструктивных решений устройство у всех ДВС схоже. Двигатель внутреннего сгорания образован следующими компонентами:

  1. Блок цилиндров. Блоки цилиндров – цельнолитые детали. Более того, единое целое они составляют с картером (полой частью). Именно на картер ставят коленчатый вал). Производители запчастей постоянно работают над формой блока цилиндров, его объемом. Конструкция блока цилиндров ДВС должна чётко учитывать все нюансы от механических потерь до теплового баланса.
  2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – узел, состоящий из шатуна, цилиндра, маховика, колена, коленвала, шатунного и коренного подшипников. Именно в этом узле прямолинейное движение поршня преобразуется непосредственно во вращательное. Для большинства традиционных ДВС КШМ – незаменимый механизм. Хотя ряд инженеров пытаются найти замену и ему. В качестве альтернативы КШМ может рассматриваться, например, система кинематической схемы отбора мощности (уникальная российская технология, разработка научных сотрудников из «Сколково», направленная на погашение инерции, снижение частоты вращения, увеличение крутящего момента и КПД).
  3. Газораспределительный механизм (ГРМ). Присутствует у четырехтактных двигателей (что это такое, ещё будет пояснено в блоке, посвященном принципу работы ДВС). Именно от ГРМ зависит, насколько синхронно с оборотами коленчатого вала работает вся система, как организован впрыск топливной смеси непосредственно в камеру, под контролем ли выход из нее продуктов сгорания.

    Основным материалом для производства ГРМ выступает кордшнуровая или кордтканевая резина. Современное производство постоянно стремится улучшить состав сырья для оптимизации эксплуатационных качеств и повышения износостойкости механизма. Самые авторитетные производители ГРМ на рынке – Bosch, Lemforder, Contitech (все – Германия), Gates (Бельгия) и Dayco (США).

    Замену ГРМ проводят через каждые 60000 — 90 000 км пробега. Всё зависит от конкретной модели авто (и регламента на неё) и особенностей эксплуатации машины.

    Привод газораспределения нуждается в систематическом контроле и обслуживании. Если пренебрегать такими процедурами, ДВС может быстро выйти из строя.

  4. Система питания. В этом узле осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси: хранение топлива, его очистка, подача в двигатель.
  5. Система смазки
    . Главные компоненты системы – трубки, маслоприемник, редукционный клапан, масляный поддон и фильтр. Для контроля системы современные решения также оснащаются датчиками указателя давления масла и датчиком сигнальной лампы аварийного давления. Главная функция системы – охлаждение узла, уменьшение силы трения между подвижными деталями. Кроме того, система смазки  выполняет очищающую функцию, освобождает двигатель от нагара, продуктов, образованных в ходе износа мотора.
  6. Система охлаждения. Важна для оптимизации рабочей температуры. Включает рубашку охлаждения, теплообменник (радиатор охлаждения), водяной насос, термостат и теплоноситель.
  7. Выхлопная система. Служит для отвода от мотора продуктов сгорания.
    Включает:
    — выпускной коллектор (приёмник отработанных газов),
    — газоотвод (приёмная труба, в народе- «штаны»),
    — резонатор для разделения выхлопных газов и уменьшения их скорости,
    — катализатор (очиститель) выхлопных газов,
    — глушитель (корректирует направление потока газов, гасит шум).
  8. Система зажигания. Входит в состав только бензодвигателей. Неотъемлемые компоненты системы – свечи и катушки зажигания. Самый популярный вариант конструкции – «катушка на свече». У двигателей внутреннего сгорания старого поколения также были высоковольтные провода и трамблер (распределитель). Но современные производители моторов, прежде всего, благодаря появлению конструкции «катушка на свече», могут себе позволить не включать в систему эти компоненты.
  9. Система впрыска. Позволяет организовать дозированную подачу топлива.

В LMS ELECTUDE системе и времени впрыска уделяется особое внимание. Любой автомеханик должен понимать, что именно от исправности системы впрыска, времени впрыска зависит способность оперативно изменять скорость движения авто. А это одна из важнейших характеристик любого мотора.


Тонкий нюанс! При изучении устройства нельзя проигнорировать и такой элемент, как датчик положения дроссельной заслонки. Датчик не является частью ДВС, но устанавливается на многих авто непосредственно рядом с ДВС. 

Датчик эффективно решает такую задачу, как передача электронному блоку управления данных о положении пропускного клапана в определенный интервал времени.

Это позволяет держать под контролем поступающее в систему топливо. Датчик измеряет вращение и, следовательно, степень открытия дроссельной заслонки.

А изучить устройство мотора основательно помогает дистанционный курс для самообучения «Базовое устройство двигателя внутреннего сгорания автомобиля», на платформе ELECTUDE. Принципиально важно, что каждый может пошагово продвинуться от теории, связанной с ДВС и его составными частями, до оттачивания сервисных операций по регулировке. Этому помогает встроенный LMS виртуальный симулятор.

Принцип работы двигателя

Принцип работы классических двигателей внутреннего сгорания основан на преобразовании энергии вспышки топлива — тепловой энергии, освобождённой от сгорания топлива, в механическую.

При этом сам процесс преобразования энергии может отличаться.

Самый распространённый вариант такой:

  1. Поршень в цилиндре движется вниз.
  2. Открывается впускной клапан.
  3. В цилиндр поступает воздух или топливно-воздушная смесь. (под воздействием поршня или системы поршня и турбонаддува).
  4. Поршень поднимается.
  5. Выпускной клапан закрывается.
  6. Поршень сжимает воздух.
  7. Поршень доходит до верхней мертвой точки.
  8. Срабатывает свеча зажигания.
  9. Открывается выпускной клапан.
  10. Поршень начинает двигаться вверх.
  11. Выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.

Важно! Если используется дизельное топливо, то искра не принимает участие в запуске двигателя, дизельное топливо зажигается при сжатии само.

При этом для понимания принципа работы важно не просто учитывать физическую последовательность, а держать под контролем всю систему управления. Наглядно понять её помогает схема учебного модуля ELECTUDE. 

Обратите внимание, в дистанционных курсах обучения на платформе ELECTUDE при изучении системы управления дизельным двигателем она сознательно разбирается обособленно от системы регулирования впрыска топлива. Очень грамотный подход. Многим учащимся действительно сложно сразу разобраться и с системой управления, и с системой впрыска. И для того, чтобы хорошо усвоить материал, грамотно двигаться именно пошагово.


Но вернёмся к работе самого двигателя. Рассмотренный принцип работы актуален для большинства ДВС, и он надёжен для любого транспорта, включая грузовые автомобили.

Фактически у устройств, работающих по такому принципу, работа строится на 4 тактах (поэтому большинство моторов называют четырёхтактными):

  1. Такт выпуска.
  2. Такт сжатия воздуха.
  3. Непосредственно рабочий такт – тот самый момент, когда энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую (для запуска коленвала).
  4. Такт открытия выпускного клапана – необходим для того, чтобы отработанные газы вышли из цилиндра и освободили место новой порции смеси топлива и воздуха

4 такта образуют рабочий цикл.

При этом три такта – вспомогательные и один – непосредственно дающий импульс движению. Визуально работа четырёхтактной модели представлена на схеме.


Но работа может основываться и на другом принципе – двухтактном. Что происходит в этом случае?

  • Поршень двигается снизу-вверх.
  • В камеру сгорания поступает топливо.
  • Поршень сжимает топливно-воздушную смесь.
  • Возникает компрессия. (давление).
  • Возникает искра.
  • Топливо загорается.
  • Поршень продвигается вниз.
  • Открывается доступ к выпускному коллектору.
  • Из цилиндра выходят продукты сгорания.

То есть первый такт в этом процессе – одновременный впуск и сжатие, второй — опускание поршня под давлением топлива и выход продуктов сгорания из коллектора.

Двухтактный принцип работы – распространённое явление для мототехники, бензопил. Это легко объяснить тем, что при высокой удельной мощности такие устройства можно сделать очень лёгкими и компактными.

Важно! Кроме количества тактов есть отличия в механизме газообмена.

В моделей, которые поддерживают 4 такта, газораспределительный механизм открывает и закрывает в нужный момент цикла клапаны впуска и выпуска.

У решений, которые поддерживают два такта, заполнение и очистка цилиндра осуществляются синхронно с тактами сжатия и расширения (то есть непосредственно в момент нахождения поршня вблизи нижней мертвой точки).


Классификация двигателей

Двигатели разделяют по нескольким параметрам: рабочему циклу, типу конструкции, типу подачи воздуха.

Классификация двигателей в зависимости от рабочего цикла

В зависимости от цикла, описывающего термодинамический (рабочий процесс), выделяют два типа моторов: 

  1. Ориентированные на цикл Отто. Сжатая смесь у них воспламеняется от постороннего источника энергии. Такой цикл присущ всем бензиновым двигателям.
  2. Ориентированные на цикл Дизеля. Топливо в данном случае воспламеняется не от искры, а непосредственно от разогретого рабочего тела. Такой цикл лежит в основе работы дизельных двигателей.

Чтобы работать с современными дизельными моторами, важно уметь хорошо разбираться в системе управлениям дизелями EDC (именно от неё зависит стабильное функционирование предпускового подогрева, системы рециркуляции отработанных газов, турбонаддува), особенностях системы впрыска Common Rail (CRD), механических форсунках, лямбда-зонда, обладать навыками взаимодействия с ними.


А для работы с агрегатами, работающими по циклу Отто, не обойтись без комплексного изучения свечей зажигания, системы многоточечного впрыска. Важно отличное знание принципов работы датчиков, каталитических нейтрализаторов.

И изучение дизелей, и бензодвигателей должно быть целенаправленным и последовательным. Рациональный вариант – изучать дизельные ДВС в виде модулей.


Классификация двигателей в зависимости от конструкции

  • Поршневой. Классический двигатель с поршнями, цилиндрами и коленвалом. При работе принципа ДВС рассматривалась как раз такая конструкция. Ведь именно поршневые ДВС стоят на большинстве современных автомобилей.
  • Роторные (двигатели Ванкеля). Вместо поршня установлен трехгранный ротор (или несколько роторов), а камера сгорания имеет овальную форму. У них достаточно высокая мощность при малых габаритах, отлично гасятся вибрации. Но производителям невыгодно выпускать такие моторы. Производство двигателей Ванкеля дорогостоящее, сложно подстроиться под регламенты выбросов СО2, обеспечить агрегату большой срок службы. Поэтому современные мастера СТО при ремонте и обслуживании с такими автомобилями встречаются крайне редко. Но знать о таких двигателях также очень важно. Может возникнуть ситуация, что на сервис привезут автомобили Mazda RX-8. RX-8 (2003 по 2012 годов выпуска) либо ВАЗ-4132, ВАЗ-411М. И у них стоят именно роторные двигатели внутреннего сгорания.

Классификация двигателей по принципу подачи воздуха

Подача воздуха также разделяет ДВС на два класса:

  1. Атмосферные. При движении поршня мотор затягивает порцию воздуха. Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.
  2. Турбокомпрессорные. Организована дополнительная подкачка воздуха в камеру сгорания.

Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.


Атмосферные системы активно встречаются как среди дизельных, так и бензиновых моделей. Турбокомпрессорные ДВС – в большинстве своём, дизельные двигатели. Это связано с тем, что монтаж турбонаддува предполагает достаточно сложную конструкцию самого ДВС. И на такой шаг готовы пойти чаще всего производители авто премиум-класса, спорткаров. У них установка турбокомпрессора себя оправдывает. Да, такие решения более дорогие, но выигрыш есть в весе, компактности, показателе крутящего момента, уровни токсичности. Более того! Выигрыш есть и в расходе топлива. Его требуется существенно меньше.

Очень часто решения с турбокомпрессором выбирают автовладельцы, которые предпочитают агрессивный стиль езды, высокую скорость.

Преимущества ДВС

  1. Удобство. Достаточно иметь АЗС по дороге или канистру бензина в багажнике – и проблема заправки двигателя легко решаема. Если же на машине установлен электромотор, зарядка доступна пока ещё не во всех местах.
  2. Высокая скорость заправки двигателя топливом.
  3. Длительный ресурс работы. Современные двигатели внутреннего сгорания легко работают в заявленный производителем период (в среднем 100-150 тыс. км. пробега), а некоторые и 300-350 тыс. км пробега. Впрочем, мировой рекордсмен – пробег и вовсе ~4 800 000 км. И здесь нет лишних нулей. Такой рекорд установлен на двигателе Volvo» P1800. Единственное, за время работы двигатель два раза проходил капремонт.
  4. Компактность. Двигатели внутреннего сгорания существенно компактнее, нежели двигатели внешнего сгорания.

Недостатки ДВС

При использовании двигателя внутреннего сгорания нельзя организовать работу оборудования по замкнутому циклу, а, значит, организовать работу в условиях, когда давление существенно превышает атмосферное.

Большинство ДВС работает за счёт использования невозобновляемых ресурсов (бензина, газа). И исключение – машины, работающие на биогазе, этиловом спирте (на практике встречается редко, так как при использовании такого топлива невозможно добиться высоких мощностей и скоростей).

Существует тесная зависимость работы ДВС от качества топлива. Оно должно обладать определённым определенным цетановым и октановым числами (характеристиками воспламеняемости дизельного топлива, определяющими период задержки горения рабочей смеси и детонационной стойкости топлива), плотностью, испаряемостью.

Автомеханики называют ДВС сердцем авто, инженеры модернизируют ГРМ, а производители бензина не беспокояться о том, что все перейдут на электротранспорт.

рабочий цикл,как работает,система питания двс,фото,видео.

КАК РАБОТАЕТ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В данном разделе рассматривается принцип работы двигателя внутреннего сгорания на примере одноцилиндрового бензинового мотора.

Главная часть двигателя внутреннего сгорания — это цилиндр с внутренней зеркальной поверхностью. Сверху на цилиндре установлена головка, которая является отдельной деталью и при необходимости снимается, например чтобы получить доступ к двигателю для проведения ремонтных работ (рис. 1.2).



Рис. 1.2. Двигатель со снятой головкой блока цилиндров.


Внутри цилиндра находится поршень. Внешне он напоминает обычный стакан, который перевернут вверх дном (именно дно поршня является его рабочей поверхностью). В процессе работы двигателя поршень внутри цилиндра перемещается вертикально вверх- вниз с высокой интенсивностью.

Снаружи по окружности поршня в отдельных канавках расположены поршневые кольца. Поршень прилегает к внутренней поверхности цилиндра неплотно. Поршневые кольца, во-первых, препятствуют попаданию вниз газа, образующегося при работе двигателя, во- вторых, не пропускают моторное масло в камеру сгорания, которая находится над поршнем и расположена над верхней мертвой точкой (о том, что это такое, рассказывается далее).

Поршень закреплен на шатуне с помощью специальной детали, которая называется поршневым пальцем. В свою очередь, шатун закреплен на коленчатом валу двигателя, а точнее — на кривошипе коленчатого вала (рис. 1.3). При сгорании рабочей смеси образующиеся газы оказывают сильное давление на поршень, который начинает двигаться вниз и через шатун передает свою энергию на коленчатый вал, что в результате вынуждает его вращаться.



Рис. 1.3. Поршень с шатуном.


На конце коленчатого вала имеется тяжелый металлический диск с зубьями, который называется маховиком. Основная его задача — обеспечить вращение коленчатого вала по инерции, что необходимо для подготовительных тактов рабочего цикла (о том, что такое «такты» и «рабочий цикл», будет рассказано далее).

Горючая смесь поступает в камеру сгорания через впускной клапан, а после сгорания продукты горения, которые представляют собой выхлопные газы, выходят из камеры сгорания через выпускной клапан. Оба клапана открываются в тот момент, когда их толкает соответствующий кулачок распределительного вала. Как только кулачок отходит назад (это происходит очень быстро, так как распределительный вал вращается с высокой скоростью), клапаны вновь плотно закрываются: их возвращают в исходное положение мощные пружины.

Примечание.

Распределительный вал двигателя приводится в действие коленчатым валом.

Свеча вкручивается непосредственно в головку блока цилиндров: для этого специально предназначено отверстие с резьбой. Свеча является источником искры, которая проскакивает между ее электродами, от нее в камере сгорания воспламеняется рабочая смесь. На каждый цилиндр двигателя приходится одна свеча (следовательно, у четырехцилиндрового двигателя имеется четыре свечи, у восьми-цилиндрового — восемь и т. д.).

При движении вверх-вниз поршень поочередно достигает двух крайних положений — верхнего и нижнего: в них он максимально удален от центральной оси коленчатого вала. Верхнее крайнее положение поршня называется верхней мертвой точкой, а нижнее — нижней мертвой точкой (соответственно ВМТ и НМТ). Расстояние между ВМТ и НМТ называется ходом поршня.

Пространство, которое остается над поршнем при его нахождении в ВМТ, называется камерой сгорания. Именно здесь воспламеняется и сгорает рабочая смесь. При этом возникает своеобразный «мини-взрыв», который сопровождается резким и сильным повышением давления, под воздействием которого поршень начинает двигаться вниз. Как раз в этот момент тепловая энергия превращается в механическую. При вертикальном движении вниз поршень через шатун толкает коленчатый вал, заставляя его вращаться. Образовавшийся крутящий момент передается на ведущие колеса автомобиля, которые и приводят машину в движение.

Объем в промежутке между ВМТ и НМТ называется рабочим объемом цилиндра. Если суммировать объем камеры сгорания (как указывалось, так называется пространство над ВМТ) и рабочий объем цилиндра, получится полный объем цилиндра. Сумма полных объемов всех цилиндров называется рабочим объемом двигателя.

По такому принципу работает двигатель внутреннего сгорания современного автомобиля. Далее рассмотрено, что представляет собой рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания.

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Рабочий цикл — это строгая последовательность рабочих процессов (тактов), периодически повторяющихся в каждом цилиндре. Каждый такт соответствует одному проходу поршня.

Двигатели внутреннего сгорания бывают четырехтактными и двухтактными. Принципиальная разница между ними заключается в следующем: в четырехтактном двигателе один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня, а в двухтактном — за два хода. Двухтактные двигатели используются в основном на мотоциклах, моторных лодках, скутерах и т. п. Поэтому здесь будем вести речь о четырехтактном двигателе внутреннего сгорания — именно такими моторами оснащаются легковые автомобили.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего сгорания включает в себя следующие такты.

1. Первый такт — впуск горючей смеси в цилиндр двигателя. Нужно сказать, что в цилиндре происходит сгорание топлива не в чистом виде, а смеси его паров с воздухом (горючая смесь). В советских автомобилях за приготовление такой смеси отвечал специальный прибор — карбюратор. Однако в современных автомобилях карбюраторы давно не применяются — данный процесс контролируется электроникой (прибором, который называется инжектор).

Примечание.

Для бензинового двигателя внутреннего сгорания оптимальной является горючая смесь, состоящая из 1 части бензина и 15 частей воздуха (то есть 1:15).

Горючая смесь попадает в цилиндр при открывшемся впускном клапане (напомню, что в нужный момент на него давит кулачок распределительного вала). В момент открытия впускного клапана поршень всегда расположен в ВМТ и начинает перемещаться вниз к НМТ. При этом над поршнем возникает разрежение, под воздействием которого в цилиндр поступает горючая смесь. Иными словами, при движении вниз к НМТ поршень засасывает горючую смесь в цилиндр через открывшийся впускной клапан. Как только поршень достигнет НМТ, клапан под воздействием мощной пружины возвращается на прежнее место и плотно закрывает впускное отверстие.

Когда горючая смесь попадает в цилиндр, она перемешивается с остатками имеющихся в нем выхлопных газов. Такая смесь называется рабочей, и именно она будет сгорать в камере сгорания.

На протяжении первого такта работы мотора кривошип коленчатого вала (рис. 1.4) проворачивается на пол-оборота.



Рис. 1.4. Коленчатый вал двигателя.


2. Исходное положение для начала второго такта таково: поршень находится в НМТ, впускной клапан плотно закрыт, цилиндр заполнен рабочей смесью. Во время второго такта поршень перемещается от НМТ к ВМТ, сжимая в процессе этого находящуюся в цилиндре рабочую смесь.

Опытным водителям хорошо знакомо такое понятие, как степень сжатия. Данный показатель информирует о том, во сколько раз сокращается объем рабочей смеси при достижении поршнем ВМТ. Отмечу, что степень сжатия — одна из наиболее значимых технических характеристик любого автомобиля.

В процессе сжатия рабочей смеси ее температура существенно повышается. При достижении поршнем ВМТ она равняется примерно +300… 400 °С. Что касается давления внутри цилиндра, то оно при этом составляет порядка 9-10 кг/см.

Второй такт заканчивается при достижении поршнем ВМТ. В этот момент рабочая смесь максимально сжата. За второй такт кривошип коленчатого вала проворачивается еще на пол-оборота. Следовательно, за два такта коленчатый вал делает один полный оборот.

3. Как отмечалось ранее, принцип работы двигателя внутреннего сгорания заключается в преобразовании тепловой энергии в механическую. Это происходит на третьем этапе работы двигателя, который называется рабочим ходом. Когда поршень находится в ВМТ, а рабочая смесь максимально сжата, между электродами свечи зажигания возникает электрическая искра, что вызывает воспламенение рабочей смеси (это происходит в камере сгорания). В результате на поршень, находящийся в ВМТ, оказывается мощное давление. Клапаны в этот момент плотно закрыты, продуктам горения деваться некуда, и именно они давят на поршень, который под воздействием этого давления вынужден двигаться вниз к НМТ. При этом он передает энергию своего движения через шатун на кривошип коленчатого вала, тем самым вынуждая его вращаться. Именно это вращение является движущей силой автомобиля.

Примечание.

Давление на поршень во время третьего такта рабочего цикла двигателя достигает 40 кг/см.

Во время третьего такта коленчатый вал двигателя проворачивается еще на пол-оборота.

4. Последний, четвертый такт рабочего цикла — выпуск отработанных газов. Он начинается, когда после третьего такта поршень находится в НМТ и начинает двигаться вверх. В этот момент под воздействием соответствующего кулачка распределительного вала открывается выпускной клапан и движущийся вверх поршень выдавливает выхлопные газы из цилиндра. Сразу после этого клапан плотно закрывает выпускное отверстие. Затем выхлопные газы через глушитель и выхлопную трубу выводятся наружу.

Четвертый такт завершается, когда поршень достиг ВМТ и плотно закрылся выпускной клапан.

В течение четвертого такта коленчатый вал проворачивается еще на пол-оборота. Следовательно, за четыре такта работы (на протяжении одного рабочего цикла) коленчатый вал делает два полных оборота.

После четвертого такта опять начинается первый такт и т. д.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ

Система питания является одной из ключевых систем двигателя внутреннего сгорания, поэтому от ее исправности и технического состояния, а также от качества используемого топлива напрямую зависит мощность и надежность двигателя, а также возможность его быстрого запуска.

Внимание!

Практически любая неисправность системы питания влечет за собой повышение расхода топлива и, как следствие, снижение экономичности автомобиля.

Среди наиболее характерных признаков, свидетельствующих о наличии неполадок в системе питания, можно отметить резкий запах топлива, а также наличие подтеканий из топливной системы. О неисправностях в топливной системе также может говорить трудный запуск двигателя, его нестабильная работа в разных режимах, а также слишком высокий расход топлива.

Состав выхлопных газов может рассказать о состоянии системы питания. Например, неполадки часто приводят к образованию слишком богатой либо наоборот — слишком бедной рабочей смеси, что в конечном счете отражается на содержимом выхлопных газов.

При диагностике системы питания следует учесть, что отклонения в показателях какого- либо параметра могут быть обусловлены сразу несколькими неполадками. В частности, повышенное потребление топлива случается из-за неисправностей в кривошипно¬шатунном либо газораспределительном механизме, из-за неполадок в системе зажигания, а также при наличии некоторых неисправностей подвески. Результаты диагностики в такой ситуации будут достоверными только тогда, когда точно известно техническое состояние каждого из названных узлов и агрегатов.

При диагностике системы питания работники автосервисов и СТО нередко «разводят на деньги» своих клиентов. Подобное мошенничество базируется на том, что кислородный датчик может оказывать существенное влияние на экономичность потребления топлива автомобилем. Исправность этого прибора водитель самостоятельно проверить не может, если только не является большим докой в устройстве современного автомобиля.

Когда клиент на СТО жалуется, что его автомобиль стал в последнее время слишком «прожорлив», ему сразу же предлагают пройти диагностику. Стоимость такой процедуры зависит от конкретной СТО, но в среднем она составляет порядка $15–20. Результат проверки почти всегда один и тот же: строгим тоном, не терпящим возражений, клиенту заявляют, что в его машине неисправен датчик кислорода. В наличии таких датчиков, само собой, сейчас нет, поэтому придется заказывать новый из-за границы. На робкий вопрос клиента относительно цены нового кислородного датчика механик авторитетно заявляет: «Вообще-то это дорого, но для вас сделаем всего за $350».

Расчет в данном случае простой: подавляющее большинство клиентов не пожелают выкладывать такую сумму за датчик кислорода и просто смирятся с возросшей «прожорливостью» своего автомобиля. Деньги, уплаченные за диагностику, разумеется, вам никто не вернет. На такой псевдо-диагностике в настоящее время делается очень неплохой «навар». Стоит ли говорить о том, что на самом деле неисправность, ставшая причиной высокого потребления топлива, может заключаться совершенно в другом, и устранить ее можно быстро и недорого. Вот только заниматься этим работники российских автосервисов не хотят: куда проще «содрать» с клиента $350, чем чинить его машину за меньшие деньги.

На вопрос клиента, что именно стало причиной выхода из строя кислородного датчика, может последовать много ответов: здесь и плохое качество российского топлива (об этом наши соотечественники знают чуть ли не с детского сада), и этилированный бензин, из-за которого датчик приходит в негодность практически сразу же, и морозные российские зимы и т. п. Практически все эти утверждения в большинстве случаев не имеют ничего общего с реальностью, иначе все автомобилисты в России ездили бы с неисправными датчиками либо меняли эти датчики едва ли не каждую неделю.

Конечно, никто не берется утверждать, что датчик кислорода не влияет на потребление топлива. Иногда он действительно является виновником его повышенного расхода, причем в исправном состоянии. Вот наиболее простой пример: в автомобиле поврежден воздухопровод и имеет место нештатный подсос воздуха. В таком случае кислородный датчик распознает лишний воздух как слишком бедную рабочую смесь и добавляет в нее топливо, чтобы довести до кондиции.

Как же определить, имеется ли в машине нештатный подсос воздуха?

Это несложно. Возьмите обыкновенный аэрозоль, содержащий горючую смесь (они обычно используются для промывки карбюратора), заведите мотор и направьте из баллончика струю в то место, в котором, как вы подозреваете, имеется нештатное проникновение воздуха. Если ваши подозрения подтвердятся, то у двигателя самопроизвольно повысятся обороты (поскольку через место, куда обычно попадает лишний воздух, сейчас проникает струя горючей смеси из аэрозоля).

Повышенный расход топлива на современных автомобилях, оборудованных электронной системой зажигания, может быть обусловлен неправильным выставлением датчика положения дроссельной заслонки. В таком случае компьютер будет воспринимать ошибочную информацию как верную, что может повлечь за собой неправильное приготовление рабочей смеси, а также смещение угла опережения зажигания. В конечном счете это приведет к нарушению работы двигателя на холостом ходу (мотор может работать нестабильно, либо холостые обороты могут быть повышенными и др.).

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

  • Мощность двигателя — как работает и что это такое,на что влияет
  • 2017 BMW 2-й серии M240i купе — технические характеристики
  • 4 Самых покупаемых антирадаров с алиэкспресс
  • Бмв е92 технические характеристики,тюнинг,отзывы,фото,видео.
  • Наконечник рулевой тяги: описание, предназначение, неисправности, фото ,видео
  • Mercedes-Benz прогнозирует, что автомобили будут больше развиваться в следующем десятилетии, чем когда-либо прежде
  • Пять дорогих машин брошенные своими владельцами — часть 2
  • Двигатель BMW M54 пожирает масло: что делать?
  • BMW X4 M40I 2016-2017: обзор,описание,характеристики,комплектации,цена,фото,видео.
  • Какие методы диагностирования двигателя существуют
  • Зачем необходимо техническое обслуживание автомобиля
  • Тормозные колодки: описание,виды,фото,видео,параметры,категории
  • bmw m5 f10 описание дизайн технические характеристики фото видео
  • Хендай Туссан 2020 : комплектации,цена,характеристики,описание,обзор,фото
  • Тойота аурис: дизайн,салон,технические характеристики,фото,видео
  • Ауди 80 b3: технические характеристики и комплектации,фото,видео,обзор,описание
  • Ауди 80 технические характеристики описание обзор фото видео комплектация
  • toyota urban cruiser: технические характеристики,цена,габариты,фото
  • Volkswagen T-Roc 2018: обзор,технические характеристики,30 фото,видео,габариты,цена,комплектация.
  • Шкода октавия 2019: описание,фото,комплектация,цена
  • Дроссельная заслонка: устройство,назначение,чистка,ремонт.
  • bmw m1: описание технические характеристики фото видео история.
  • Порше каррера: технические характеристики,интерьер,экстерьер.
  • 25 лучших камер заднего вида — топ 2020 года
  • Как подтянуть ручной тормоз на Mitsubishi ASX
  • Новый Citroen Berlingo Van получил титул Международного фургона года 2019
  • Россияне решили не ждать новогодних скидок на автомобили
  • Двигатели ниссан: описание,фото,линейка,виды

Двигатель внутреннего сгорания — урок.

Физика, 8 класс.

Обрати внимание!

Двигатель внутреннего сгорания — распространённый вид теплового двигателя, который работает на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или горючем газе.

 

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень \( 3\), соединённый при помощи шатуна \(4\) с коленчатым валом \(5\).

 

Два клапана, впускной \(1\) и выпускной \(2\), при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты.

  1. клапан для подачи горючей смеси;
  2. клапан для удаления отработанных газов;
  3. цилиндр;
  4. шатун;
  5. коленчатый вал;
  6. свеча для воспламенения горючих газов в цилиндре 3.

 

Ход поршня — расстояние между мёртвыми точками, крайними положениями поршня в цилиндре.

 

Такие двигатели называют четырёхтактными, т.к. рабочий цикл происходит за четыре хода или такта: впуск (а), сжатие (б), рабочий ход (в) и выпуск (г).

 

 

1 такт (впуск) — при такте впуска поршень от верхней мёртвой точки перемещается к нижней мёртвой точке. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Т.е. поршень всасывает горючую смесь.

 

 

2 такт (сжатие) — при такте сжатия поршень от нижней мёртвой точки перемещается к верхней мёртвой точке. Поршень движется вверх. Оба клапана плотно закрыты, и поэтому рабочая смесь сжимается. При сжатии температура смеси и давление повышаются. 

 

3 такт (рабочий ход) —  рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода сгорающая смесь начинает активно расширяться. А т.к. впускной и выпускной клапаны всё ещё закрыты, то расширяющимся газам остаётся только один единственный выход — давить на подвижный поршень. Поршень под действием этого давления начинает перемещаться к нижней мёртвой точке, создаётся крутящий момент. 

 

 

4 такт (выпуск) — при движении поршня от нижней мёртвой точки к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан (впускной всё ещё закрыт), и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя.

 

 

После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, всё повторяется.

Для того чтобы вращение вала было более равномерным, двигатель обычно делают многоцилиндровым: 2-, 3-, 4-, 6-, 8-цилиндровым и т.д.

Источники:

http://webmyoffice.ru/media/files/99/dvigatel-moto-2.jpg

http://usauto.ucoz.ru/news/bilet_6/2011-04-26-4

http://autooboz.info/wp-content/uploads/2007/09/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya2.jpg

http://dvigyn.com/wpcontent/images_18/princip_raboti_dvigatelya_vnutrennego_sgoraniya_v_4_takta-2.jpg

http://dvigyn.com/wpcontent/images_18/princip_raboti_dvigatelya_vnutrennego_sgoraniya_v_4_takta-3.jpg

Двигатель внутреннего сгорания: виды, устройство, принцип работы

Автомобильные двигатели чрезвычайно разнообразны. Технология, которая применяется при разработке и запуске в производство силовых агрегатов, имеет богатую историю. Требования современности вынуждают производителей ежегодно внедрять в свои проекты доработки и модернизировать имеющиеся технологии.

Двигатель внутреннего сгорания имеет устройство и принцип работы, способный обеспечивать высокую мощность и длительный период эксплуатации — от пользователя требуется только минимально необходимое обслуживание и своевременный мелкий ремонт.

При первом взгляде сложно представить, как работает двигатель: слишком много взаимосвязанных механизмов собранно в одном небольшом пространстве. Но при детальном изучении и анализе связей в этой системе работа двигателя автомобиля оказывается предельно простой и понятной.

В состав двигателя автомобиля входит ряд узлов, имеющих важное значение и обеспечивающих выполнение рабочих функций всей системы.

Блок цилиндров иногда называют корпусом или рамой всей системы. Описание двигателя не обходится без изучения данного элемента конструкции. Именно в этой части мотора обустроена система связанных каналов, предназначеных для смазки и создания необходимой температуры двигателя внутреннего сгорания.

Верхняя часть корпуса поршня имеет каналы для колец. Сами поршневые кольца подразделяются на верхние и нижние. Исходя из выполняемых функций, данные кольца называют компрессионными. Крутящий момент двигателя определяется прочностью и работой рассмотренных элементов.

Нижние кольца поршня играют важную роль для обеспечения ресурса двигателя. Нижние кольца выполняют 2 роли: сохраняют герметичность камеры сгорания и являются уплотнителями, которые предотвращают проникновение масла внутрь камеры сгорания.

Двигатель автомобиля представляет собой систему, в которой осуществляется передача энергии между механизмами с минимальными потерями ее величины на различных этапах. Поэтому кривошипно-шатунный механизм становится одним из важнейших элементов системы. Он обеспечивает передачу возвратно-поступательной энергии от поршня на коленвал.

В целом, принцип работы двигателя достаточно прост и претерпел мало фундаментальных изменений за период существования. В этом просто нет необходимости — некоторые усовершенствования и оптимизации позволяют достигать лучших результатов в работе. Концепция же всей системы неизменна.

Крутящий момент двигателя создается за счет выделяемой при сгорании топлива энергии, которая передается от камеры сгорания к колесам по соединительным элементам. В форсунках топливо передается в камеру сгорания, где происходит его обогащение воздухом. Свеча зажигания создает искру, которая мгновенно воспламеняет образовавшуюся смесь. Так происходит небольшой взрыв, который обеспечивает работы двигателя.

В результате такого действия происходит образования большого объема газов, стимулируя к совершению поступательных движений. Так формируется крутящий момент двигателя. Энергия от поршня передается на коленвал, который передает движение на трансмиссию, а после этого, специальная система шестеренок переносит движение на колеса.

Порядок работы работающего двигателя незатейлив и при исправных связующих элементах гарантирует минимальные потери энергии. Схема работы и строение каждого механизма основаны на преобразовании созданного импульса в практически используемый объем энергии. Ресурс двигателя определяется износостойкостью каждого звена.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель легкового автомобиля выполняется в виде одного из типов систем внутреннего сгорания. Принцип действия двигателя может отличаться по некоторым показателям, что служит основой для разделения моторов на различные типы и модификации.

В качестве определяющих параметров, служащих для разделения силовых агрегатов на категории, служат:

  • рабочий объем,
  • количество цилиндров,
  • мощность системы,
  • скорость вращения узлов,
  • применяемое для работы топливо и др.

Разобраться в том, как работает двигатель, просто. Но по мере изучения всплывают новые показатели, которые вызывают вопросы. Так, часто можно встретить разделение двигателей по числу тактов. Что это такое и как влияет на работу машины?

Устройство двигателя автомобиля основано на четырехтактовой системе. Эти 4 такта равны по времени — за весь цикл поршень дважды поднимается вверх в цилиндре и дважды опускается вниз. Такт берет начало в тот момент, когда поршень находится в верхней или нижней части. Механики называют эти точки ВМТ и НМТ — верхняя и нижняя мертвые точки соответственно.

Такт № 1 — впуск. По мере движения вниз, поршень втягивает в цилиндр наполненную топливом смесь. Работа системы происходит при открытом клапане впуска. Мощность двигателя автомобиля определяется количеством, размерами и временем, которое клапан открыт.

В отдельных моделях работа педали газа увеличивает период нахождения клапана в открытом состоянии, что позволяет увеличить объем топлива, попадающего в систему. Такое устройство двигателей внутреннего сгорания обеспечивает сильное ускорение работы системы.

Такт № 2 — сжатие. На этом этапе поршень начинает свое движение вверх, что приводит к сжатию полученной в цилиндр смеси. Она сживается ровно до объемов камеры сгорания топлива. Эта камера представляет собой пространство между верхней частью поршня и верхом цилиндра в момент нахождения поршня в ВМТ. Клапаны впуска в этот момент работы прочно закрыты.

От плотности закрытия зависит качество сжатия смеси. Если сам поршень, или цилиндр, или кольца поршней потерты и не в надлежащем состоянии, то качество работы и ресурс двигателя значительно снизятся.

Такт № 3 — рабочий ход. Этот этап начинается с ВМТ. Система зажигания гарантирует воспламенение топливной смеси и обеспечивает выделение энергии. Происходит взрыв смеси, при котором высвобождается энергия. И за счет увеличения объема происходит выталкивание поршня вниз. Клапаны при этом закрыты. Технические характеристики двигателя во многом зависят от протекания третьего такта работы мотора.

Такт № 4 — выпуск. Окончание цикла работы. Движение поршня вверх обеспечивает выталкивание газов. Таким образом, осуществляется вентиляция цилиндра. Этот такт важен для обеспечения ресурса двигателя.

Двигатель имеет принцип работы, основанный на распределении энергии от взрывов газов, требует внимания к созданию всех узлов.

Работа двигателя внутреннего сгорания циклична. Вся энергия, которая создается в процессе выполнения работы на всех 4 тактах работы поршней, направляется на организацию работы автомобиля.

Варианты конструкций внутреннего двигателя

Характеристика двигателя зависит от особенностей его конструкции. Внутреннее сгорание — основной тип физического процесса, протекающего в системе мотора на современных автомобилях. За период развития машиностроения успешно реализовано несколько типов ДВС.

Устройство бензинового двигателя разделяет систему на 2 типа — инжекторные двигатели и карбюраторные модели. Также в производстве есть несколько типов карбюраторов и систем впрыска. Основа работы — сжигание бензина.

Характеристика бензинового двигателя выглядит предпочтительнее. Хотя для каждого пользователя есть свои личные приоритеты и преимущества от работы каждого двигателя. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания является одним из самых распространенных в современном автомобилестроении. Порядок работы мотора прост и не отличается от классической интерпретации.

Дизельные двигатели основаны на применении подготовленного дизельного топлива. Оно попадает в цилиндры через форсунки. Главное преимущество дизельного двигателя заключается в отсутствии необходимости электричества для сжигания топлива. Оно требуется только для запуска двигателя.

Газовый двигатель применяет для работы сжиженные и сжатые газы, а также некоторые другие типы газов.

Узнать какой ресурс у двигателя на вашем авто лучше всего у производителя. Примерную цифру разработчики озвучивают в сопроводительных документах на транспортное средство. Здесь содержится вся актуальная и точная информация о моторе. В паспорте вы узнаете технические параметры мотора, сколько весит двигатель и всю информацию о движущем агрегате.

Срок службы двигателя зависит от качества обслуживания, интенсивности использования. Заложенный разработчиком срок эксплуатации подразумевает внимательное и бережное отношение с машиной.

Что значит двигатель? Это ключевой элемент в автомобиле, который призван обеспечить его движение. Надежность и точность работы всех узлов системы гарантирует качество движения и безопасность эксплуатации машины.

Характеристики двигателей различаются в широких пределах, несмотря на то. Что принцип внутреннего сгорания топлива остается неизменным. Так разработчикам удается удовлетворять потребности покупателей и реализовывать проекты по улучшению работы автомобилей в целом.

Средний ресурс двигателя внутреннего сгорания составляет несколько сотен тысяч километров. При таких нагрузках от всех составных частей системы требуется прочность и точная совместная работа. Поэтому известная и детально изученная концепция внутреннего сгорания постоянно подвергается доработкам и внедрениям новых подходов.

Ресурс двигателей различается в широком диапазоне. Порядок работы, при этом, общий (с небольшими отклонениями от стандарта). Несколько может различаться вес двигателя и отдельные характеристики.

Современный двигатель внутреннего сгорания имеет классическое устройство и досконально изученный принцип работы. Поэтому механикам не составляет труда решить любую проблему в кратчайшие сроки.

Ремонтные работы усложняются в том случае, если поломка не была устранена сразу. В таких ситуациях порядок работы механизмов может, нарушен окончательно и потребуется серьезная работа по восстановлению. Ресурс двигателя после грамотного ремонта не пострадает.

Почему полный переход на электромобили случится не сразу

  • Тео Леггет
  • Корреспондент Би-би-си

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Toyota одной из первых реализовала концепцию гибридного автомобиля в модели Prius

Действительно ли электромобили готовы заменить традиционные автомобили с двигателями внутреннего сгорания?

Судя по заголовкам новостей, которые появляются в последнее время, может создаться впечатление, что бензиновые и дизельные двигатели вскоре окажутся на свалке. Однако в реальности все обстоит иначе.

На проходящем во Франкфурте международном автомобильном салоне во всех выставочных залах было слышно заветное слово «электрификация».

Например, за день до начала выставки компания Volkswagen заявила о намерении создать к 2030 году электрические версии всех своих моделей авто, включая и те, что производятся под принадлежащими концерну брэндами — Audi, Skoda, Seat и Porsche.

В тот же день компания Daimler заявила о создании электрических аналогов всех своих моделей к 2022 году.

Автор фото, EPA

Подпись к фото,

В инфраструктуру пунктов подзарядки необходимо будет инвестировать государствам

Другие компании, сред которых Volvo, Jaguar Land Rover и Honda, также озвучили аналогичные обещания.

Безусловно, это амбициозные планы, но необходимо понимать их ограничения.

Производители не утверждают, что полностью избавятся от бензиновых и дизельных двигателей. Они лишь обещают предоставить электрифицированные версии существующих моделей.

Также необходимо понимать, что кроется под словом «электрифицированный».

Это может, безусловно, означать полностью электрический автомобиль, работающий на энергии батарей. Но также под это понятие могут подпадать и гибридные автомобили, а гибриды бывают абсолютно разные.

Подключаемый к электричеству гибрид, например, оснащен батареей с большой емкостью, и он может ехать лишь на электрической энергии по крайней мере некоторое время, но также он будет оснащен и бензиновым двигателем.

Один из подключаемых к электричеству типов гибридных автомобилей, который часто называют электромобилем с увеличенным запасом хода, по сути является электрической машиной с небольшим бензиновым двигателем, который является электрогенератором.

Полный гибрид вроде Toyota Prius использует достаточно мощный электродвигатель вкупе с обычным двигателем внутреннего сгорания, но подключать к электросети для зарядки его не требуется.

В свою очередь средний гибрид по сути является обычным автомобилем, в котором присутствует небольшой электромотор, благодаря которому двигатель может ненадолго отключаться, если авто, например, останавливается на красный свет светофора.

Чтобы выполнить данные обещания, автопроизводители могут ограничиться производством средних гибридов. Их дешевле производить, чем полные гибриды, и при этом они дают значительные преимущества в том, что касается динамики и расхода топлива.

Все больше новых машин уже производятся с этой технологией.

Новые ограничения

Хотя обещания компаний могут показаться более впечатляющими, чем они есть на самом деле, остается фактом то, что автопроизводители вкладывают значительные средства в новые модели электромобилей.

К примеру, Volkswagen заявляет, что к 2025 году каждая ее четвертая машина будет работать от электроэнергии. BMW обещает к этому времени наладить производство 12 полностью электрических моделей.

Почему же производителям так интересны электрические автомобили? Есть несколько факторов.

Запуск автомобиля Tesla Model S в 2012 году показал, что электромобили по своим характеристикам за исключением высокой цены могут быть не хуже своих бензиновых собратьев, а запаса хода батарей может хватать на значительные расстояния.

С того времени стоимость литий-ионных аккумуляторов значительно снизилась, а технология управления батареями стала эффективнее, из-за чего подобные технологии стали доступнее.

Также во многих странах стали жестче законодательные инициативы, касающиеся загрязнения атмосферы. В Европе, например, с 2021 году вступят в силу новые ограничения в отношении выбросов углекислого газа.

Эти ограничения намного более требовательны, чем нынешние, и они будут высчитываться исходя из среднего уровня выбросов в атмосферу всех автомобилей каждого отдельного концерна.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

С 2021 года в Европе вступят в действие новые ограничения по выбросам углекислого газа

Поэтому выпуск автомобилей с нулевым выбросом позволит автопроизводителям выполнить поставленную перед ними задачу с меньшими трудностями. Аналогичная логика распространяется и на выпуск гибридов.

Оба вышеназванных фактора (снижение стоимости аккумуляторов и законодательные ограничения) уже влияют на долгосрочные стратегии производителей. Однако в сентябре 2015 года появился еще один фактор.

Скандал с выбросами вредных газов дизельными двигателями привлек к автоиндустрии нежеланное внимание общественности. Тогда стало понятно, что дизельные автомобили загрязняют атмосферу гораздо больше, чем сообщалось в официальных отчетах.

Реакция политиков и потребителей была крайне негативной. В итоге компания Volkswagen, оказавшаяся в центре скандала, попыталась восстановить пошатнувшуюся репутацию, став лидером технологии электромобилестроения.

Глава автоконцерна Маттиас Мюллер сказал мне во Франкфурте: «Конечно, мы все поняли. Потребителям нужны чистые автомобили. Людям нужен чистый воздух, и мы хотим этому способствовать».

Автор фото, Mercedes-AMG

Тема электрификации автомобилей стала актуальной еще до скандала с Volkswagen. Но те события, возможно, помогли ускорить процесс.

Теперь, похоже, автопроизводители превращают необходимость в добродетель, превращая более или менее неизбежный процесс в рекламу.

То же самое относится к политикам. Возможно, разговоры о запрете бензиновых и дизельных автомобилей звучат грозно, но, например, в Великобритании они не включают в себя гибридные авто.

По мнению экспертов, к 2040 году, когда запрет вступит в силу, негибридных автомобилей, скорее всего, на дорогах не останется в любом случае.

Также возникает вопрос инфраструктуры.

На сегодняшний день в Великобритании существует 7300 пунктов подзарядки автомобилей, и их количество увеличивается примерно на 10 единиц в день, сообщает компания ZapMap. В масштабах всего мира таких пунктов около 2 млн, говорится в отчете Международного энергетического агентства.

Очевидно, что если необходимо заменить миллионы бензиновых и дизельных автомобилей электромобилями, то необходимо инвестировать в инфраструктуру зарядных пунктов. В противном случае электромобили далеко не уедут.

Также им понадобятся батареи — множество батарей. И необходимо будет где-то генерировать энергию для их зарядки. Другими словами, нам, по-видимому, придется строить новые электростанции. Для всего этого потребуются время и средства.

Между тем автомобили-гибриды являются эффективным компромиссным решением. Как сказал председатель совета директоров BMW Харальд Крюгер, бензиновые и дизельные автомобили списывать рано.

Он считает, что благодаря инвестициям двигатели внутреннего сгорания станут гораздо более эффективными, но в будущем править балом будут электромобили.

Автор фото, Reuters

Подпись к фото,

Audi представила концепцию автономного электромобиля Aicon — но станет ли эта концепция реальностью в ближайшем будущем?

Ему вторит глава Volkswagen Маттиас Мюллер: «Двигатели внутреннего сгорания какое-то время будут сосуществовать с электрическими двигателями. Не знаю, сколько это продлится» — сказал он.

«Это связано с тем, что нам необходимо создать необходимую инфраструктуру, необходимо увеличить емкость батареи. Речь идет об огромной емкости, и пока еще необходимо над ней работать», — добавил Мюллер.

Audi отказалась от разработки двигателей внутреннего сгорания

Как рассказал немецкому изданию Automobilwoche глава Audi Маркус Дюсманн (Markus Duesmann), компания остановила все работы над новыми двигателями внутреннего сгорания. Это значит, что бензиновых и дизельных моторов следующего поколения не будет, хотя инженеры продолжат текущую модернизацию существующих моторов.

Предстоящее введение  в 2025 году стандарта Евро 7 с более жёсткими ограничениями на выбросы, несомненно, разделит автомобильный мир на две разные группы. С одной стороны, найдутся те, кто будет по-прежнему производить автомобили с двигателями внутреннего сгорания, хотя и сократит их ассортимент в связи с переходом на гибриды. На другой стороне, которая будет более многочисленной, окажутся те автопроизводители, у кого нет другого выбора, кроме как навсегда отказаться от двигателей внутреннего сгорания в пользу электродвигателей. К этой группе присоединилась Audi, официально объявив о завершении разработки двигателей внутреннего сгорания.

Генеральный директор немецкого бренда Маркус Дюсманн заявил, что разработка новых двигателей внутреннего сгорания более невозможна и что было бы лучше адаптировать существующие двигатели к будущим стандартам, прежде чем они будут окончательно сняты с производства. Это означает, что выпуск культовых двигателей TDI и TFSI на Audi близок к завершению, как и выпуск двух знаковых моделей Audi — R8 и TT, у которых не ожидается прямых преемников.

В ближайшие 5 лет Audi планирует вывести на рынок 20 электрических моделей. Бренд также объявил о намерении к концу десятилетия превратить основные модели, такие как A4 и A6, в полностью электрические автомобили.

Это ставит Audi на тот же путь, по которому планирует продвигаться конкурирующий бренд Mercedes. На прошлой неделе Маркус Шефер (Markus Schäfer), член совета директоров, ответственный за развитие Mercedes, заявил, что компания больше не будет разрабатывать двигатели внутреннего сгорания. «Это означает, что основная часть инвестиций теперь действительно может пойти на электромобили», — сообщил Шефер в интервью ресурсу Handelsblatt.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

Автомобили с водородными двигателями называют главными конкурентами электрокаров. Но у технологии пока что немало минусов, и, например, основатель Tesla Илон Маск называет ее «тупой и бесполезной». Прав он или нет?

С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.

Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Toyota Mirai 2016 года выпуска

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

Схема работы водородного двигателя

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Как работает водородный двигатель внутри Toyota Mirai

Где применяют водородное топливо?

  • В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
  • В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
  • В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
  • В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
  • На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
  • Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;
  • В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;
  • В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Плюсы водородного двигателя

  • Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
  • Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
  • Бесшумная работа двигателя;
  • Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
  • Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

  • Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
  • Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
  • Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
  • Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.

Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.

Водородный транспорт в России

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.

Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

С одной стороны, в Европе Toyota Mirai II стоит несколько дешевле, чем Tesla Model S (€64 тыс. против €77 тыс.) [18]. Полная зарядка водородного автомобиля занимает около 3 минут — против 30-75 минут для электрокара. Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега. Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.

Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

  1. Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
  2. Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
  3. Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд. Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается. Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

фактов о двигателях внутреннего сгорания для детей

Вы, вероятно, едете на своей машине каждый день в школу или на тренировку по футболу, но задумывались ли вы, что заставляет вашу машину двигаться? Мощный двигатель внутреннего сгорания под капотом лежит в основе характеристик вашего автомобиля. Секрет двигателя внутреннего сгорания — это просто сжигание бензина. Бензин имеет молекулы, состоящие из атомов водорода и углерода. Когда бензин воспламеняется, он смешивается с воздухом. Он расширяется, и одна молекула бензина становится множеством молекул.Мощный двигатель внутреннего сгорания под капотом лежит в основе характеристик вашего автомобиля. Секрет двигателя внутреннего сгорания — это просто сжигание бензина.

Это расширение создает огромное давление и тепло. Давление заставляет поршни, прикрепленные к коленчатому валу, двигаться вверх и вниз с большой силой. Это движение вперед и назад заставляет колеса машины двигаться, и вуаля, вы движетесь!

Все о двигателях внутреннего сгорания: основные части двигателя внутреннего сгорания

Интересные факты о двигателях внутреннего сгорания для детей
  • В автомобилях есть более одного поршня и клапана.Чем больше поршней, тем больше мощность.
  • Пушка — это очень простой тип двигателя внутреннего сгорания. Пушечное ядро ​​упаковано в пушку вместе с порохом. Когда порох горит, он создает горячий газ и давление. Давление заставляет пушечное ядро ​​вылетать из пушки со скоростью 200 миль в час.
  • По мере того, как воздух попадает в двигатель, он проходит через воздушный фильтр, который избавляется от грязи и пыли.
  • Свеча зажигания зажигает газ, поэтому он перемещает поршни.
  • В космосе нет кислорода или воздуха, поэтому у ракет есть воздушный бак рядом с топливным баком.
Чем больше поршней, тем больше мощность у двигателя.

Словарь по двигателям внутреннего сгорания
  1. Внутреннее сгорание : горит внутри двигателя
  2. Ignite : светится огонь
  3. Молекула : мельчайшая частица чего-либо; содержит как минимум два атома
  4. Атом : мельчайшая часть химического элемента
  5. Давление : нарастающая сила
  6. Расширение : становится больше
  7. Пушка : большая пушка, ранее использовавшаяся в войнах

Подробнее Все о двигателях внутреннего сгорания

Посмотрите это потрясающее видео о двигателях внутреннего сгорания:

Трехмерное видео о рабочем цикле двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания Вопросы и ответы

Вопрос 1 : Что произойдет, если двигатель станет слишком горячим?

Ответ 1 : Двигатели сильно нагреваются из-за расширяющегося топлива и нагнетательных поршней. Если они станут слишком горячими, они перегреются и сгорят. Радиатор пропускает охлаждающую жидкость, чтобы двигатель оставался холодным. Выхлопная система выпускает отработанное топливо.

Вопрос 2: Кто сделал первый автомобильный двигатель?

Ответ 2: Карлу Бенцу приписывают создание в 1886 году того, что мы знаем как современный автомобиль.Карл Бенц построил автомобиль Benz Patent-Motorwagen.

Вам понравился веб-сайт Easy Science for Kids все о двигателях внутреннего сгорания? Пройдите БЕСПЛАТНУЮ и веселую викторину о двигателях внутреннего сгорания и загрузите БЕСПЛАТНУЮ рабочую таблицу по двигателям внутреннего сгорания для детей. Для получения подробной информации нажмите здесь.

двигатель внутреннего сгорания | Определение и факты

Двигатель внутреннего сгорания , любое устройство из группы устройств, в котором реагенты сгорания (окислитель и топливо) и продукты сгорания служат рабочими жидкостями двигателя.Такой двигатель получает энергию за счет тепла, выделяемого при сгорании непрореагировавших рабочих жидкостей, топливно-окислительной смеси. Этот процесс происходит внутри двигателя и является частью термодинамического цикла устройства. Полезная работа, создаваемая двигателем внутреннего сгорания (ВС), является результатом воздействия горячих газообразных продуктов сгорания на движущиеся поверхности двигателя, такие как поверхность поршня, лопатка турбины или сопло.

Британская викторина

Изобретатели и изобретения

Наши самые ранние человеческие предки изобрели колесо, но кто изобрел шарикоподшипник, уменьшающий трение вращения? Позвольте колесам в вашей голове крутиться, проверяя свои знания об изобретателях и их изобретениях в этой викторине.

Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее широко применяемыми и широко используемыми энергогенерирующими устройствами из существующих в настоящее время. Примеры включают бензиновые двигатели, дизельные двигатели, газотурбинные двигатели и ракетные двигательные установки.

автомобильный плуг

Железный колесный «Фордсон» Генри Форда был представлен в 1907 году и приводился в движение двигателем внутреннего сгорания.

© Everett Historical / Shutterstock.com

Двигатели внутреннего сгорания делятся на две группы: двигатели непрерывного сгорания и двигатели периодического сгорания.Двигатель непрерывного сгорания характеризуется постоянным поступлением топлива и окислителя в двигатель. Внутри двигателя (например, реактивного двигателя) поддерживается стабильное пламя. Двигатель прерывистого сгорания характеризуется периодическим воспламенением воздуха и топлива и обычно называется поршневым двигателем. Дискретные объемы воздуха и топлива обрабатываются циклически. Бензиновые поршневые двигатели и дизельные двигатели являются примерами этой второй группы.

бензиновые двигатели

Типы бензиновых двигателей включают (A) двигатели с оппозитными поршнями, (B) роторные двигатели Ванкеля, (C) рядные двигатели и (D) двигатели V-8.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Двигатели внутреннего сгорания можно разделить на ряд термодинамических явлений. В двигателе непрерывного сгорания термодинамические явления происходят одновременно, поскольку окислитель, топливо и продукты сгорания постоянно проходят через двигатель. В двигателе прерывистого сгорания, напротив, события происходят последовательно и повторяются для каждого полного цикла.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

За исключением ракет (как твердотопливных ракетных двигателей, так и жидкостных ракетных двигателей), двигатели внутреннего сгорания заглатывают воздух, затем либо сжимают воздух и подают топливо в воздух, либо подают топливо и сжимают топливно-воздушную смесь. Затем, как и во всех двигателях внутреннего сгорания, сжигается топливно-воздушная смесь, работа извлекается из расширения горячих газообразных продуктов сгорания, и в конечном итоге продукты сгорания выбрасываются через выхлопную систему.Их работа может отличаться от работы двигателей внешнего сгорания (например, паровых двигателей), в которых рабочая жидкость не вступает в химическую реакцию, а выигрыш энергии достигается исключительно за счет передачи тепла рабочему телу посредством теплообменника.

Пневматические двигатели

Часть воздуха, забираемого ТРДД (вверху), поступает в компрессор; остальное обходит главный двигатель. В турбовинтовых двигателях (внизу) горячие газы приводят в действие турбину, которая приводит в действие компрессор и воздушный винт и обеспечивает реактивную тягу.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Наиболее распространенным двигателем внутреннего сгорания является четырехтактный бензиновый двигатель с однородным зарядом и искровым зажиганием. Это связано с его выдающимися характеристиками в качестве основного двигателя в отрасли наземного транспорта. Двигатели с искровым зажиганием также используются в авиационной промышленности; однако авиационные газовые турбины стали основным двигателем в этом секторе из-за того, что авиационная промышленность делает упор на дальность полета, скорость и комфорт пассажиров.Сфера двигателей внутреннего сгорания также включает такие экзотические устройства, как сверхзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД), такие как те, которые предлагаются для гиперзвуковых самолетов, и сложные ракетные двигатели и двигатели, такие как те, что используются на космических челноках США и других космических аппаратах.

Вот как работает двигатель вашего автомобиля

Для большинства людей автомобиль — это вещь, которую они заправляют бензином, который перемещает их из точки А в точку Б. Но задумывались ли вы когда-нибудь, как это на самом деле делает это? Что заставляет его двигаться? Если вы еще не выбрали электромобиль в качестве повседневного водителя, магия в том, как сводится к двигателю внутреннего сгорания — той штуке, которая шумит под капотом.Но как именно работает двигатель?

В частности, двигатель внутреннего сгорания является тепловым двигателем в том смысле, что он преобразует энергию тепла горящего бензина в механическую работу или крутящий момент. Этот крутящий момент применяется к колесам, чтобы заставить машину двигаться. И если вы не водите старинный двухтактный Saab (который звучит как старая бензопила и изрыгает масляный дым из выхлопных газов), ваш двигатель работает по одним и тем же основным принципам, независимо от того, управляете ли вы Ford или Ferrari.

Двигатели имеют поршни, которые перемещаются вверх и вниз внутри металлических трубок, называемых цилиндрами.Представьте, что вы едете на велосипеде: ваши ноги двигаются вверх и вниз, чтобы крутить педали. Поршни соединены стержнями (они похожи на ваши голени) с коленчатым валом, и они перемещаются вверх и вниз, чтобы вращать коленчатый вал двигателя, так же, как ваши ноги вращают велосипед, который, в свою очередь, приводит в действие ведущее колесо велосипеда или ведущие колеса автомобиля. . В зависимости от автомобиля в двигателе обычно бывает от двух до 12 цилиндров, в каждом из которых поршень перемещается вверх и вниз.

Откуда сила двигателя

Эти поршни двигаются вверх и вниз тысячи крошечных контролируемых взрывов, происходящих каждую минуту, создаваемых смешиванием топлива с кислородом и воспламенением смеси.Каждый раз, когда топливо воспламеняется, называется тактом сгорания или силовым ходом. Тепло и расширяющиеся газы от этого мини-взрыва толкают поршень вниз в цилиндре.

Почти все современные двигатели внутреннего сгорания (для простоты, мы сосредоточимся здесь на бензиновых силовых установках) относятся к четырехтактным. Помимо такта сгорания, который толкает поршень вниз из верхней части цилиндра, есть еще три хода: впуск, сжатие и выпуск.

Двигателям необходим воздух (а именно кислород) для сжигания топлива.Во время такта впуска клапаны открываются, позволяя поршню действовать как шприц, когда он движется вниз, втягивая окружающий воздух через систему впуска двигателя. Когда поршень достигает нижней точки своего хода, впускные клапаны закрываются, эффективно герметизируя цилиндр для такта сжатия, который находится в направлении, противоположном такту впуска. Движение поршня вверх сжимает всасываемый заряд.

Четыре такта четырехтактного двигателя

Getty Images

В самых современных двигателях бензин впрыскивается непосредственно в цилиндры в верхней части такта сжатия.(Другие двигатели предварительно смешивают воздух и топливо во время такта впуска.) В любом случае, непосредственно перед тем, как поршень достигнет верхней точки своего хода, известной как верхняя мертвая точка, свечи зажигания воспламеняют смесь воздуха и топлива.

Возникающее в результате расширение горячих горящих газов толкает поршень в противоположном направлении (вниз) во время такта сгорания. Это ход, при котором колеса вашего автомобиля крутятся, как когда вы нажимаете на педали велосипеда. Когда такт сгорания достигает нижней мертвой точки, выпускные клапаны открываются, позволяя газам сгорания откачиваться из двигателя (как шприц, выталкивающий воздух), когда поршень снова поднимается.Когда выхлоп выходит — он проходит через выхлопную систему автомобиля перед выходом из задней части автомобиля — выхлопные клапаны закрываются в верхней мертвой точке, и весь процесс начинается снова.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

В многоцилиндровом автомобильном двигателе циклы отдельных цилиндров смещены друг от друга и равномерно распределены, так что такты сгорания не происходят одновременно, а двигатель является максимально сбалансированным и плавным.

Getty Images

Но не все двигатели одинаковы. Они бывают разных форм и размеров. В большинстве автомобильных двигателей цилиндры расположены по прямой линии, например, в рядном четырехцилиндровом двигателе, или объединены два ряда рядных цилиндров в виде V-образной формы, как в V-6 или V-8. Двигатели также классифицируются по размеру или рабочему объему, который представляет собой совокупный объем цилиндров двигателя.

Различные типы двигателей

Конечно, существуют исключения и незначительные различия среди двигателей внутреннего сгорания, представленных на рынке.Например, двигатели с циклом Аткинсона изменяют фазы газораспределения, чтобы сделать двигатель более эффективным, но менее мощным. Турбонаддув и наддув, сгруппированные вместе под опциями принудительной индукции, нагнетают дополнительный воздух в двигатель, что увеличивает доступный кислород и, следовательно, количество топлива, которое можно сжечь, что приводит к увеличению мощности, когда вы этого хотите, и большей эффективности, когда вы надеваете не нужна сила. Все это дизельные двигатели обходятся без свечей зажигания. Но независимо от двигателя, если он относится к типу двигателей внутреннего сгорания, основы его работы остаются неизменными.И теперь вы их знаете.

Пора провести весеннюю уборку? Попробуйте продукты Meguiar, которые мы используем в нашем автопарке

Средство для мытья и воска Meguiar’s Ultimate

Ultimate Quik Detailer от Meguiar

Полотенце из микрофибры Meguiar’s Water Magnet

Детальщик интерьера Meguiar’s Ultimate

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Фото испытуемого двигателя внутреннего сгорания.

Контекст 1

… аппаратом исследуемого двигателя является четырехцилиндровый двигатель с прямым впрыском (DI), с водяным охлаждением, рядный, безнаддувный дизельный двигатель Fiat (рис. 1), основные характеристики которого приведены в таблице 1. Двигатель был соединен с гидравлическим динамометром, через который прикладывалась нагрузка за счет увеличения крутящего момента.Этот динамометр был откалиброван в Центральной организации по измерениям и контролю качества в Багдаде. Анализатор выбросов Multigas модели 4880 использовался для измерения …

Контекст 2

… изменения концентрации несгоревших углеводородов (UBHC) в выхлопных газах имеют тенденцию, очень похожую на наблюдаемую для CO концентрации, как показано на рис. 11. На рисунке показано, что при низких нагрузках значительная часть углеводородов, представляющих значительные количества топлива, может проходить через цилиндр двигателя, частично сгорев или не прореагировав….

Контекст 3

… 2 концентрации увеличивались с увеличением CN с 48,5 до 55, как показано на рисунке 12. Приращение CO 2 происходило из-за снижения концентраций CO и UBHC, которые в целом показали лучшее окисление …

Контекст 4

… шум уменьшился из-за увеличения CN, как показано на рис. 13. Улучшение горения дало плавность движения динамических частей и снижает вибрацию, которая отражается на снижении шума двигателя, в то время как увеличение нагрузки действует противоположно эффекту CN и увеличивает шум.Из рисунка видно, что измеренный уровень звука является суммой этих двух эффектов. Снижение составило 3,9, 7 и 11,67% …

Контекст 5

… Рис. 14 показывает, что концентрации NO x снижаются с увеличением CN, а также с увеличением частоты вращения двигателя. Увеличение оборотов двигателя увеличивает турбулентность внутри камеры сгорания и сокращает время, доступное для образования NO x. Точно так же увеличение CN улучшает горение за счет сокращения периода задержки, что приводит к полному сгоранию…

Контекст 6

… можно предположить, что этих сокращений недостаточно для снижения NO x до требуемых пределов без использования других методов, таких как рециркуляция выхлопных газов (EGR). Концентрации UBHC снижаются с увеличением частоты вращения двигателя с 1000 об / мин до 2250, после этой скорости концентрация начинает увеличиваться, как показано на Рис. 15. Увеличение воздействия CN снижает выбросы UBHC за счет улучшений сгорания и сжигания топлива. …

Контекст 7

… показывает. Увеличение воздействия CN снижает выбросы UBHC за счет улучшений сгорания и сжигания топлива. При увеличении частоты вращения двигателя от средней до высокой увеличивается турбулентность воздушно-топливной смеси, выталкивая часть топлива в щель поршня, где его горение будет затруднено, и это будет отображаться как UBHC. Концентрации CO ведут себя как UBHC, как показано на рисунке 16. По тем же причинам уменьшения и увеличения UBHC, концентрации CO снижаются на 5,67, 15,5 и 30,7% для CN 50, 52 и 55 по сравнению с базовым дизельным топливом.Увеличение CN оказывает большое влияние на снижение CO и UBHC; он также оказывает некоторое влияние на снижение концентрации NO x. скорость повышения давления при горении. Он также был …

Пиреолофор: новый принцип двигателя

Именно в Ницце Клод и Нисефор Ньепс начали свои первые творческие поиски в качестве изобретателей. Их интерес сначала был сосредоточен на создании нового принципа действия двигателя, основанного на использовании расширения воздуха во время взрыва. Знали ли они что-нибудь о работах Гюйгенса (1625-1695), который уже использовал воздух, расширенный в результате взрыва пороха в цилиндре, для перемещения поршня?

Париж, 9 ноября 1806 г.Представление, описание и планы двигателя, изобретенного Клодом и Нисефором.

Сначала братья Ньепсе использовали в качестве взрывчатого вещества порошок, сделанный из споров растения: Lycopodium (широкий мох), затем они использовали уголь, смешанный со смолой. Так они изобрели первый двигатель внутреннего сгорания, который они назвали Пиреолофор (пир = огонь, эоло = ветер и фор = я ношу или производю).

Отчет 1806 года об изобретении пиреолофора

В 1806 году они написали первый отчет.Комиссия Национального института, также известного как Академия наук, которому было поручено оценить изобретение, вынесла следующий вердикт:
«Топливо, обычно используемое М. Niépce состоит из спор ликоподия, горение которых является наиболее интенсивным и легким; однако, поскольку этот материал был дорогостоящим, они заменили его измельченным углем и при необходимости смешали с небольшой порцией смолы, что очень хорошо работает, как было доказано многими экспериментами. В М.В машине М. Ньепса никакая порция тепла не рассеивается заранее; движущая сила — это мгновенный результат, и весь топливный эффект используется для создания расширения, которое вызывает движущую силу.
В другом эксперименте машина, установленная на лодке с носом шириной около двух футов на три фута высотой, уменьшенным в подводной части и весом около 2000 фунтов, поднялась по реке Сона только с мощностью двигателя и со скоростью более река в обратном направлении; количество сжигаемого топлива составляло около ста двадцати пяти гранул в минуту, а количество пульсаций было от двенадцати до тринадцати за тот же промежуток времени.Затем члены комиссии приходят к выводу, что машина, предложенная под названием Pyreolophore М.М. Ниепс изобретателен, что может стать очень интересным по своим физическим и экономическим результатам и заслуживает одобрения Комиссии ».
Отчет Лазара Карно и К.Л. Бертолле 15 декабря 1806 г.

Братья Ньепс провели несколько испытаний на озере Баттере, расположенном среди лесов Ла-Шарме, у Сен-Лу-де-Варен. Они получили патент сроком на десять лет.Этот патент был подписан императором Наполеоном и датирован 20 июля 1807 года.
Нисефор и Клод продолжали совершенствовать пиреолофор. 24 декабря 1807 года они сообщили Лазару Карно, что получили легковоспламеняющийся порошок, смешав одну часть смолы с девятью частями угля. Но в 1816 году их прогресса было недостаточно, чтобы получить какие-то субсидии на свое изобретение. Срок действия патента был близок, и Клод решил поехать в Париж, а затем в Англию, надеясь эксплуатировать двигатель.

Первый план пиреолофора, нарисованный братьями Ньепс.Источник: Архив INPI.

Cummins проводит оценку двигателя внутреннего сгорания с водородным двигателем

. Скриншот Cummins с начала виртуального дня Cummins Hydrogen в 2020 году. Отправленное фото

Cummins Inc. тестирует двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде. Это последняя попытка компании «удовлетворить энергетические и экологические потребности будущего» в мире, который, по мнению экспертов, готов отказаться от ископаемого топлива.

Компания из Колумбуса заявила во вторник, что начала испытание концепции двигателя, работающего на экологически чистом водородном топливе, который будет иметь почти нулевые выбросы углекислого газа и оксида азота.

После проверки концепции, Cummins планирует оценить двигатель в различных применениях на дорогах и внедорожниках, сообщила компания. Официальные лица не сообщили, как долго продлятся испытания, но выразили оптимизм по поводу того, что компания сможет вывести двигатель на рынок.

«Программа водородных двигателей потенциально может расширить доступные технологические возможности для достижения более устойчивого транспортного сектора, дополняя наши возможности в области водородных топливных элементов, аккумуляторных электрических батарей и силовых агрегатов, работающих на возобновляемых источниках природного газа», — сказал Джонатон Уайт, вице-президент Cummins по разработке двигателей. в заявлении.

Это объявление было сделано в связи с тем, что в США начинают набирать обороты автомобили, работающие на экологически чистом водороде, и компании по всему миру все активнее изучают технологию сокращения выбросов от грузовых автомобилей, поездов, автобусов, электростанций и других приложений.

Зеленый водород производится путем использования возобновляемой электроэнергии для отделения атомов водорода от атомов кислорода в молекулах воды, согласно данным Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США.Затем водород можно использовать, среди прочего, для питания широкого спектра транспортных средств, оснащенных топливными элементами.

Этот шаг показывает, что Cummins выходит за рамки того, чем, пожалуй, больше всего известна компания — дизельных двигателей внутреннего сгорания, — сказал Роджер Ли, старший аналитик компании Kirr, Marbach and Co. из Колумбуса.

«Они определенно остаются на переднем крае границы с чистой энергией», — сказал Ли.

Объявление также было сделано, когда дизельная промышленность оказалась на своего рода перекрестке, поскольку технологии альтернативного топлива становятся все более жизнеспособными, а опасения по поводу изменения климата продолжают менять отношение компаний и политиков к потреблению энергии.

Дизельное топливо очищается из сырой нефти и используется в двигателях с воспламенением от сжатия, названных в честь их изобретателя Рудольфа Дизеля, по данным Министерства энергетики США.

По данным Управления энергетической информации США, в большинстве грузовых автомобилей и грузовых автомобилей, автобусов, сельскохозяйственных и строительных машин, а также некоторых легковых автомобилей и пикапов используются дизельные двигатели. В 2019 году транспортный сектор США потребил около 47,2 миллиардов галлонов, или 1,1 миллиарда баррелей, дизельного топлива, что составляет примерно 15% от общего количества U.S. потребление нефти.

«Когда мы думаем о будущем, мы действительно видим себя в двух точках времени», — сказал Аллен Шеффер, исполнительный директор Diesel Technology Forum, в более раннем интервью. «Один из них — это мир, в котором мы находимся сегодня, положение с избытком энергии, где США являются крупным производителем ископаемого топлива и на самом деле нетто-экспортером ископаемого топлива в мир. И мы видим стремление к чистой энергии в будущем для решения таких проблем, как изменение климата ».

Несколько компаний, включая Cummins, заявили, что готовятся к такому будущему.И то, как Cummins адаптируется, может иметь серьезные последствия для Columbus, учитывая, что компания является крупнейшим работодателем в округе Бартоломью с примерно 8000 сотрудников в районе Columbus.

Ранее в этом году Daimler Trucks — крупнейший в мире производитель грузовиков и автобусов и компания, которую Cummins внесла в федеральные заявки в качестве одного из своих «основных клиентов», — заявила, что планирует перевести большую часть своих ресурсов на разработку автомобилей на автомобили с нулевым уровнем выбросов. к 2025 г.

Немецкий автомобильный гигант с такими брендами, как Freightliner и Mercedes-Benz, прогнозирует, что грузовики с аккумуляторным и водородным двигателем могут быть конкурентоспособными по стоимости с дизелями в конце этого десятилетия, сообщает Associated Press.

В прошлом году Cummins обнародовала планы по наращиванию объемов производства топливных элементов и водорода в ближайшие годы на фоне глобального стремления сократить выбросы парниковых газов и предотвратить угрозу катастрофического изменения климата.

Планы, которые должностные лица компании изложили во время виртуальной конференции в ноябре, в основном включают в себя инвестирование и производство технологий, которые, по их мнению, помогут компании обеспечить себе место в мире, который отказывается от ископаемого топлива.

Cummins ожидает, что экологически чистый водород сыграет важную роль в сокращении выбросов в некоторых отраслях, которые больше всего зависят от ископаемого топлива и в настоящее время сталкиваются со строгими климатическими показателями во многих странах.

Компания объявила о планах по открытию нового завода в Германии, который первоначально будет производить системы топливных элементов для водородных поездов французского производителя железных дорог Alstom.

Cummins также заявила, что она работает с Navistar International Corp. над разработкой грузовика класса 8, работающего на водородном топливе и элементах, и закрыла совместное предприятие с голландской компанией NPROXX, чтобы поставлять продукты для хранения водорода и сжатого природного газа для автомобильных и железных дорог Приложения.

В прошлом году председатель и главный исполнительный директор Cummins Том Линебарджер сказал: «Компания Cummins готова к миру, в котором внедрение водорода ускоряется, и у нас есть хорошие возможности для реализации этих изменений».

«Стоимость зеленого водорода будет снижаться по мере роста масштабов», — сказал Линебаргер. «Это, в свою очередь, поможет перейти на топливные элементы, учитывая более низкую стоимость и повышенную доступность водорода. Этот сдвиг потребует инвестиций со стороны частного сектора и поддержки со стороны государственного сектора, и то и другое мы начинаем видеть.Инвестиции таких компаний, как Cummins, растут, что приводит к созданию конкурентоспособных технологий, которые служат строительными блоками для коммерциализации ».

В США Калифорния выступила с инициативой и уже построила «довольно прочную» сеть водородных заправочных станций, сказал Ли, добавив, что в ближайшем будущем в США, вероятно, расширится инфраструктура для транспортных средств, работающих на водороде.

По состоянию на вторник, по крайней мере 106 водородных заправочных станций, которые были построены, находились в стадии строительства или проходили процесс получения разрешений в Калифорнии, в основном в районах Сан-Франциско и Лос-Анджелеса, по данным сотрудничества California Fuel Cell Partnership. между правительством и промышленностью, которая стремится расширить рынок электромобилей, работающих на водороде.

«Это не 20-летняя история, — сказал Ли. «Это, вероятно, история следующего года, когда мы начнем видеть значительное расширение водородных заправочных станций в разных городах Америки, что сделает автомобили, работающие на водородных топливных элементах, коммерчески жизнеспособными для перевозки грузов».

Где узнать больше

Дополнительную информацию о водородной технологии можно найти на сайте cummins.com.

Первые снимки горения водорода в работающем двигателе внутреннего сгорания

Инженеры Argonne первыми сделали снимки сгорания водорода внутри двигателя, работающего на реальных оборотах.Красные и желтые изображения показывают более высокие температуры.

Изображения сгорания водорода были впервые получены в двигателе внутреннего сгорания, работающем на реальных скоростях и нагрузках, инженерами Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США. Это окно во внутреннюю работу двигателя, работающего на водороде, когда-нибудь поможет оптимизировать двигатели для уличного использования.

Исследователи из Аргоннской группы двигателей и выбросов являются экспертами в области визуализации внутренних частей работающих двигателей.Несколько лет назад их рентгеновские снимки сгорания внутри дизельного двигателя показали удивительную ударную волну, когда дизельное топливо вырвалось из топливной форсунки. Это более раннее исследование помогает улучшить топливные форсунки и повысить эффективность дизельного топлива.

Их текущие исследования сосредоточены на водороде — самом распространенном элементе на Земле — и одном из многих видов топлива, оцениваемых во всем мире как краткосрочная альтернатива бензину.

«Двигатели внутреннего сгорания (ДВС), работающие на водороде, — это недорогая, краткосрочная технология», — пояснил инженер-механик Стив Чиатти, который является главным исследователем проекта.«Они могут стать катализатором создания водородной инфраструктуры для топливных элементов».

Некоторые автопроизводители уже рассматривают водородные ДВС как ближайший мост к использованию топливных элементов в транспортных средствах, сказал Чиатти. И у Ford, и у BMW уже есть демонстрационные автопарки, собирающие данные.

«Водородные ДВС могут облегчить переход на автомобили, работающие на топливных элементах», — сказал Чиатти. «Мы планируем двухэтапный переход на водород. Использование водородных ДВС в качестве временной остановки даст потребителям возможность поэтапно адаптироваться к новой водородной экономике по мере внедрения новой инфраструктуры.С этими двигателями они по-прежнему будут заправлять свои автомобили горючим ».

Используя инструменты визуализации и другие стандартные устройства для измерения параметров двигателя на одноцилиндровом водородном двигателе с прямым впрыском топлива, инженеры-механики из Аргонны Чиатти, Хеннинг Лозе-Буш и Томас Валлнер оптимизируют работу двигателя и определяют основные причины возгорания. аномалии, такие как преждевременное зажигание и детонация. Эти проблемы более выражены при высоких скоростях и высоких нагрузках. Исследователи из Аргонны наблюдают за 50 измерениями производительности во время каждого теста двигателя.

Исследователи используют ультрафиолетовое изображение для получения изображений внутри работающего двигателя. «Сигнатура видимого излучения водорода едва различима, поэтому мы сосредоточились на химических реакциях водорода и кислорода, называемых хемилюминесценцией ОН, в двигателе», — сказал Чиатти. Эти реакции испускают фотоны в ультрафиолетовом диапазоне энергии, и этот свет улавливается и анализируется с помощью специальной оптики.

«Водородные ДВС во многом похожи на бензиновые, за исключением того, что топливо газообразное, а не жидкое», — сказал Чиатти.Водород имеет широкие пределы воспламеняемости, поэтому двигателю не нужна дроссельная заслонка, устройство, которое дросселирует топливно-воздушную смесь для управления мощностью двигателя и снижает эффективность (сегодня стандартный автомобиль имеет КПД 25%; автомобиль на водороде будет близок к 45%). процентов эффективности), и при правильной работе они не требуют дополнительной обработки выхлопных газов.

Высокая скорость пламени

Hydrogen также дает возможность увеличить выходную мощность без увеличения объема двигателя. При использовании прямого впрыска водорода удельная мощность составляет примерно 117 процентов от аналогичного бензинового двигателя, а водородные ДВС легко запускаются в холодную погоду.Однако, в отличие от жидкого топлива, водород имеет низкую плотность энергии на единицу объема, а это означает, что у транспортного средства будет несколько ограниченный запас хода по сравнению. Значительное повышение эффективности поможет уменьшить эту характеристику.

«Уникальные свойства водородного топлива (широкие пределы воспламеняемости и характеристики воспламенения) впечатляют, потому что с водородом можно делать то, чего нельзя делать с углеводородами», — сказал Чиатти. «Например, вы можете использовать прямой впрыск (распыление топлива прямо в камеру сгорания), поэтому эффективность повышается, а удельная мощность повышается, но, к сожалению, возрастает и сложность.”

Исследователи также определяют наиболее эффективный и чистый способ работы двигателя без детонации или предварительного зажигания, что является еще одной технической проблемой.

Из-за своей природы водород легко воспламеняется, поэтому исследователи экспериментируют с методом многократного впрыска. Они впрыскивают водород непосредственно в цилиндр один или два раза во время каждого цикла сгорания, в зависимости от условий эксплуатации. Цель состоит в том, чтобы определить оптимальное время и количество водорода, впрыскиваемого в каждом цикле.Неправильная смесь водорода вызывает проблемы с работой двигателя и выбросами.

Исследователи также экспериментируют с прототипами форсунок. Их изготовление — задача материаловедения и инженерии, потому что рабочая среда необычно горячая и находится под высоким давлением. Уплотнение и охлаждение инжектора становится критически важной задачей.

«Работа с одним цилиндром позволяет нам изолировать проблемы, поэтому у нас нет четырех цилиндров, через которые можно проследить, чтобы увидеть, где и как начались проблемы», — пояснил Чиатти.

«Мы планируем решить проблемы с одним цилиндром, а затем опробовать их на четырехцилиндровом», — сказал Чиатти. Команда инженеров установила четырехцилиндровый водородный двигатель Ford объемом 2,3 литра и вводит его в эксплуатацию. В конце концов, команда интегрирует четырехцилиндровый двигатель в гибкий гибридный автомобиль, чтобы проверить, как двигатель работает как часть транспортного средства, в исследовательском центре Advanced Powertrain Research Facility в Аргонне.

Это исследование финансируется Программой FreedomCAR и транспортных технологий Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США.Исследователи Аргонна сотрудничают с Сандийскими национальными лабораториями, Ford, BMW и инициативой Европейского водородного двигателя внутреннего сгорания (HyICE).

Источник: Аргоннская национальная лаборатория.

Ссылка : Первые снимки горения водорода в работающем двигателе внутреннего сгорания (22 июня 2006 г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *